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Misurare per migliorare: l’Energy Information System

Il monitoraggio delle performance energetiche di un edificio richiede un sistema che sia in grado di misurare e processare i dati inerenti i parametri coinvolti nella catena di approvvigionamento ed uso dei vettori energetici e dei parametri che ne influenzano il consumo

Una delle più famose citazioni di Lord Kelvin dice: “If you can not measure it, you can not improve it”. Come è possibile migliorare qualcosa che non si conosce? Ma conoscere significa misurare e questo principio assume un significato particolare nel momento in cui si ha a che fare con il consumo energetico degli edifici. La quantificazione dei consumi e del comportamento energetico di un edifico è un processo complesso. Infatti l’energia entra nell’edificio con fonti e vettori differenti, lì viene trasformata e distribuita alle utenze in altrettanto differenti modi e forme. Questo sarebbe sufficiente a rendere complesso il processo di misura delle performance energetiche, ma oltre a ciò occorre considerare anche che l’uso finale dell’energia dipende da più fattori tempo-varianti. Da ciò ne deriva che il monitoraggio dei consumi e delle performance energetiche di un edificio richiede un sistema che sia in grado di misurare, raccogliere e processare i dati inerenti i parametri coinvolti nella catena di approvvigionamento ed uso dei vettori energetici e dei parametri che ne influenzano il consumo. Tale funzione è assolta dagli Energy Information Systems (EIS), strumenti fondamentali per un la gestione energetica di un edificio. Un buon EIS deve fornire la figura complessiva di come e dove viene usate l’energia con il giusto livello di granularità temporale (intervallo di acquisizione) e spaziale (più zone e servizi dell’edificio). Una conoscenza continua e dettagliata del comportamento di un edificio comporta un naturale incremento di “consapevolezza” nel proprietario/gestore/occupante che si traduce in un miglioramento del comportamento e della gestione dell’edificio e dei suoi impianti. Oltre al miglioramento delle abitudini, l’EIS favorisce la valutazione di interventi atti al risparmio energetico ed una pianificazione di interventi per poter mantenere o migliorare le performance che decadono con il naturale trascorrere del tempo.
Studi recenti e protocolli di misura e verifica hanno stabilito che il risparmio conseguente dall’installazione di un sistema di monitoraggio può essere quantificato come segue:

  • Contatori energetici e semplice software di raccolta dati: 0-2%
  • Contatori energetici con raccolta dati e stima dei costi per utenza: 2-5%
  • Monitoraggio completo, analisi delle prestazioni e dei costi, messa a punto impianti: 5-15%
  • Monitoraggio completo, analisi delle prestazioni e dei costi, messa a punto impianti e commissioning (processo di gestione per ottenere, verificare e documentare le prestazioni dell’edificio e degli impianti affinché gli obbiettivi di progetto) continuo: 15-45%

Sulla base dei dati riportati, è chiaro che la semplice misura del consumo energetico senza analisi dei dati e interazione con l’utente porta ad un esiguo risparmio. Per capire questo è sufficiente valutare la situazione degli smartmeters (contatori intelligenti) in Italia, uno dei primi Paesi a sostituire i contatori tradizionali con i contatori elettronici. Essi tuttavia non sono atti all’interazione diretta e semplificata con l’utente. Infatti la sostituzione non ha portato ad un immediato risparmio energetico data l’impossibilità di consumare l’informazione da parte degli utenti. L’efficacia di un sistema di monitoraggio energetico viene massimizzata nel momento in cui, oltre la misura, si fornisce un servizio di raccolta ed analisi dei dati che porti in evidenza le informazioni rilevanti per catturare l’attenzione dell’utente o gestore dell’edifico.

Il gruppo di Misure Meccaniche, Termiche e Collaudi dell’Università Politecnica delle Marche ha maturato esperienza in questo settore sviluppando metodi di misura e processamento dei dati utili agli Energy Information System per analizzare le performance energetiche di un edificio e monitorare le condizioni operative di impianti ed aree. Da questa esperienza ne sono derivate linea guida su cosa e come misurare, come analizzare i dati acquisiti e quali funzionalità adoperare per caratterizzare le performancedi un edificio.

Un EIS è fondamentalmente un sistema hardware e software per monitorare i dati di consumo energetico ed operativi da reti di sensori (contatori di elettricità, gas, energia termica ed acqua, sensori ambientali e ecc.) installate nell'edificio. La rete viene progettata su misura per fornire una serie di dati con la giusta visualizzazione per poter informare su come sta operando l’edificio, qual è il livello di comfort nelle aree monitorate e a quale costo. La progettazionevera e propria della rete è conseguenza delle funzionalità che l’EIS deve fornire all’utente finale.

Le funzionalità più interessanti e consuete riguardano:

  1. Allocazione consumi energetici
  2. Allocazione costi energetici
  3. Tracking dei consumi o dei parametri operativi
  4. Confronto con periodi simili o di riferimento generati dal sistema mediante normalizzazione dei parametri influenti (clima esterno, occupazione, profilo di utilizzo ecc.)
  5. Profilazione dei carichi energetici per stabilire il profilo tipico di consumo e verificare la presenza di anomalie o irregolarità non previste
  6. Valutazione del risparmio energetico
  7. Impatto ambientale

 

Una volta definite le funzionalità è possibile definire tre livelli di metering per fornire tali funzionalità all’edificio nel suo intero o con un dettaglio maggiore. Un livello base in cui si vanno a monitorare solo i vettori energetici in ingresso all’edificio e provenienti dalla rete o da fonti rinnovabili. In un secondo livello oltre ai vettori in ingresso, si prevede la misura sugli impianti che convertono l’energia per poter essere distribuita alle utenze. Infine un terzo livello comprende il monitoraggio dei consumi energetici di più aree o gruppi di aree. Il raggruppamento in aree viene fatto considerando le necessità dell’utente, ma anche l’impianto di distribuzione stesso (rami dell’impianto di distribuzione dell’energia termica o circuiti elettrici).

 

Schema generico per i tre livelli di metering

 

Una volta installata la rete di sensori e contatori, i dati misurati vengono raccolti su un sistema locale o cloud di storage. Un EIS dovrebbe garantire l’accesso alle funzionalità in ogni momento, anche quando l’utente è all’esterno dell’edificio. Perciò la soluzione migliore per l’esposizione dei dati è quella basata su Web service ed applicazioni web per interagire con i dati e le funzionalità. Un accesso semplificato permette un aumento della frequenza con cui l’utente visualizza ed analizza i consumi dell’edificio creando la consapevolezza di quali sono i suoi profili tipici di consumo e la capacità di rilevare facilmente aumenti o andamenti non attesi. Maggiore sarà la confidenza dell’utente con l’EIS, maggiore sarà la conoscenza di come il proprio comportamento si riflette sulle performance dell’edificio incoraggiando cambiamenti consci ed inconsci atti al risparmio energetico.

 

Interfaccia web dell’EIS sviluppato con analisi dell’energia elettrica importata ed esportata in rete (sopra) e analisi comparativa tra consumi di periodi omologhi normalizzati per rilevare eventuali anomalie


Infine, l’EIS può essere usato come strumento di verifica dei risparmi energetici derivati da interventi di efficientamento, anche per una eventuale richiesta di TEE (Titoli di Efficienza Energetica). In questo caso, l’accuratezza dei sistemi di misura è un punto cardine per rispettare i requisiti minimi richiesti. I contatori elettrici e di calore dovranno avere una accuratezza del ±5% e quelli di portata del ±2%. Tutti i misuratori dovranno avere una frequenza di campionamento maggiore o uguale a 0,05 Hz (una dato misurato e integrato ogni 20 secondi) come indicato dalle norme CEI EN 50740-1, UNI 1434-1 ed UNI ISO 5167-1/4.

 

A cura di:

Prof. Gian Marco Revel

Dr. Marco Arnesano

Riferimenti:

Prof. Ing. Gian Marco Revel
Università Politecnica delle Marche
Dipartimento di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche
Via Brecce Bianche, 60131 Ancona, ITALY.

Email: gm.revel@univpm.it
tel. +39 071 2204518
fax +39 071 2204801

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